铁大线（鞍山-铁岭）第一标段焊接质量控制
摘要：本文通过对铁大线焊接质量缺陷归类、统计，针对频繁出现的焊接缺陷进行原因分析总结，并结合东北管网工程的实际，探讨一些改进焊接质量的措施，为今后焊接缺陷分析和质量控制提供一种思路。 关键词：焊接质量 焊接缺陷 质量控制
1、引言
随着国民经济的发展和对能源需求的日益增长，国家大型油气输送与存储设施的建设也趋于完善，长距离输油气管道铺设量正在迅速增加，青岛黄岛“4.22”管道爆炸事故引起我们对长输管道工程建设质量控制的重新认识。其中，长输管道的焊接质量也成为提高施工质量的关键。
2、铁大线焊道常见的质量缺陷及形成原因分析
铁大线安全改造工程（铁岭—鞍山段）（以下简称铁大线）是管道三公司承建的东北管网项目重点控制工程之一。其中铁岭至新民第一标段，共焊接10481道口，经无损检测不合格焊口193道，焊接一次合格率98.15%。我们在此将铁大线焊接与焊道检测的方式进行结合，得出在实际焊接过程中出现的几种质量缺陷类型。
2.1 烧穿
在焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿，如图1所示，它是焊条电弧焊常见的缺陷之一。烧穿减少了焊缝有效截面，对管道质量安全和使用寿命产生很大的影响。
导致烧穿的原因主要有：焊接电流过高，焊接速度过慢，使焊件过度加热；坡口间隙大，钝边过薄；焊丝（焊条）与管子的切线夹角过大造成的。同时焊工的操作技能好坏也成为产生烧穿的一个重要因素。
图1 烧穿缺陷X射线图
2.2 夹渣
夹渣是指焊缝中残留的熔渣、铁锈或其他物质，在焊道根部、层间均可能存在，如图2所示。最常见的就是层间夹渣，夹渣形状不同，大小不一，其中危害最大的就是呈尖锐形的夹渣，夹渣削弱了焊缝有效截面，降低了焊缝的力学性能，容易使焊接结构在承载时遭到破坏，影响焊道的塑性，尤其是在焊道受拉应力时产生严重的应力集中。
形成原因：焊接过程中的层间清理不净；焊接电流过小；焊接速度太快；焊接过程操作不当；焊接材料与母材化学成分不匹配；坡口设计、加工不合适等。
图2 夹渣缺陷X射线图
2.3 咬边
由于焊接工艺参数选择或操作工艺不正确，在沿着焊趾的母材部位烧熔形成的沟槽或凹陷称为咬边，如图3所示。咬边不仅减弱了焊接接头强度，而且因应力集中容易引发裂纹。
产生原因：电弧电压过低、电流过大、焊接速度过快，电弧过长、焊条角度不正确和焊丝（焊条）运条不到位等。
图3 咬边缺陷X射线图
2.4 裂纹
裂纹是指在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙，它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征，如图4所示。裂纹是焊接中危害性最大的一种缺陷，由于其有延伸性，在焊道存在内应力的情况下裂纹会一直延伸扩展，直至焊道破坏为止。因此，在长输管道的施中中,裂纹缺陷是不允许存在的，通常也不允许返修，必须割口重焊。在管道施工中，裂纹的产生基本都是由于工艺规程执行不到位、外部应力太大等情况造成的。
形成原因：长输管道焊缝多出现刚性裂纹，尤其是东北气候寒冷，冬季施工温度过低、保温措施不好、焊缝金属冷却过快最容易产生此类缺陷。
图4 裂纹缺陷X射线图
2.5 气孔
在焊接时电压过高，对熔敷金属保护不良，熔池中的气体在凝固时不能很好
的逸出而残留下来所形成的空穴称为气孔，如图5所示。主要包括内部气孔、表面气孔和焊缝接头气孔，在铁大线所有焊接质量缺陷中，层间气孔出现的频率最高。
其中，内部气孔中的球形气孔产生于焊缝中部，主要由于焊接电流过大、电弧过长以及运弧速度过快等原因造成。虫形气孔产生于焊缝根部，是由焊接电流不足、焊接部位有油污或铁锈等原因造成的。表面气孔主要是因为焊接电流过大、后部焊条变红、低氢焊条未烘干、焊接部位有油污或铁锈等。
图5 层间气孔缺陷X射线图
2.6 未熔合
未熔合指熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化结合的部分，如图6所示。它直接降低了接头的力学性能，严重的未熔合会使焊接结构根本无法承载。
形成未熔的原因主要有：电流过小、焊接热输入太低；焊条偏心，夹角不当，电弧指向偏斜；坡口侧壁有锈垢及污物，层间清渣不彻底等。
图6 未熔合缺陷X射线图
2.7 内凹
内凹是指焊道根部不饱满突出，向外焊道一侧凹进的缺陷，如图7所示。内凹属于焊道厚度薄于期望值的一种焊接缺陷，其主要在焊道打底时产生。内凹使得焊缝有效面积减少，导致焊缝内表面高低不平，波纹粗劣，不圆滑过渡，焊缝成形不美观，严重影响焊缝与母材金属的结合强度，导致接头强度不足，以致成为管道运行中潜在的威胁和隐患，严重缩短管道安全运行的寿命，尤其是尖锐角的内凹缺陷，存在于长输管道焊缝中，很容易导致低应力的脆断事故发生。 内凹缺陷产生原因：对口间隙太大，坡口太大，钝边太薄、根焊道太宽，打底焊时焊条送入深度不够。焊接电流过大，热焊时在5-7点钟位置运弧太慢。；管道内部存在垂直焊缝的气流，如连死头时管道内“喷气”等，这通常是由于管
道内气体受温度影响膨胀，从焊道内喷出，影响焊接。
图7 内凹缺陷X射线图
2.8 焊瘤
焊瘤指焊接过程中熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。焊瘤不仅影响焊缝的成型，而且在焊瘤的部位，往往存在着夹渣和未焊透。
焊瘤主要由钝边过小而根部间隙过大；焊接电流大而焊接速度快；焊工技能水平不高等引起。
结合铁大线焊接工艺和现场无损检测结果，我们对焊道检测中主要出现的焊接缺陷进行统计，得到如表1所示。
表1 铁大线（铁岭—鞍山段）第一标段焊接缺陷统计表
缺陷类型 烧穿 内凹 咬边 裂纹 气孔 夹渣 焊瘤 未熔合 合 计 缺陷频数（个） 累计频数（个） 52 52 7 59 15 74 2 76 63 139 45 184 1 185 8 193 193 频率% 26.94 3.63 7.77 1.04 32.64 23.32 0.52 4.15 100.00 累计频率% 26.94 30.57 38.34 39.38 72.02 95.34 95.85 100.00 从上表可以看出，铁大线焊接缺陷出现频率较高的依次是：气孔、烧穿、夹渣。考虑焊接时间、当地气温等因素，63次气孔缺陷中，发生在冬、春季低温季节的焊接缺陷共41次，占65.08%；辽宁省铁岭市在冬、春季刮风天数较多，风速也较大，易造成偏弧而产生气孔。同时也暴露出施工机组在野外焊接作业时防风保温措施不够。
裂纹虽然只出现2次，但均发生在冬季施工过程中，说明个别机组对焊口加热及焊后保温措施做的仍不到位。
烧穿缺陷共发生52次，其中有四个施工机组出现烧穿缺陷10次以上，这在一定程度上说明焊接时焊工对焊接工艺规定的参数调试不准确，有时会根据个人习惯进行调整参数，同时也显示出焊工的操作技能水平有待提高。
夹渣缺陷出现45次，绝大部分发生在起仰脸处4点—8点的位置，恰恰在这个位置电焊工施焊姿势比较困难，同时也会受到施焊空间环境的影响，造成焊工疲劳，影响焊工水平的发挥。
